一种智能电网模拟实验平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能电网模拟实验平台，包含：模拟微电网单元、第一功率开关、第二功率开关、被测微电网及第一变压器。模拟微电网单元与外部大电网连接；第一功率开关的第二控制端与模拟微电网模块的微网交流母线输入端连接；第二功率开关的第一控制端与第一功率开关的第一控制端连接；被测微电网与第二功率开关的第二控制端连接；第一变压器的一端分别与第一功率开关的第三控制端、第二功率开关的第三控制端连接，该第一变压器的另一端与外部大电网连接。本实用新型使得该智能电网模拟实验平台能够直接用于具体工作环境中，对智能电网进行独立的开发和验证，无需在已有的运行电网中进行实验和验证，降低研发成本，提高研发效率。
【专利说明】—种智能电网模拟实验平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及智能电网测试系统，具体涉及一种智能电网模拟实验平台。
【背景技术】
[0002]智能电网的控制结构将电网分成智能电网控制层、调整层和操作层，各层之间各自负责不同时间尺度和功能的智能电网控制目标。其中，智能电网操作层一般由电网电力变换器、智能网关、负载控制器等基础层的控制和执行单元组成，控制时间较短，负责系统的暂态特性以及电源单元的控制功能；微电网调整层则由一个或多个控制器组成，控制的时间尺度长于智能电网的操作层而短于智能电网控制层，负责完成系统级的控制目标，当网络环境复杂时，则由多台MGCC协调控制，形成智能电网的多微电网互联系统；而智能电网控制层一般由能量管理系统和配网控制器组成，负责智能电网的能量管理、优化运行以及网间潮流控制。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种智能电网模拟实验平台，采取自下而上的研究方法，为了侧重研究智能电网中的微电网，建立该智能电网模拟实验平台。该智能电网模拟实验平台通过搭建模拟微电网单元、第一功率开关、第二功率开关、微网中央控制单元、第一变压器，并将被测微电网连入其中，能够实现对被测微电网的开发及验证。使得该智能电网模拟实验平台能够直接用于实验室或具体工作环境中，对智能电网进行独立的开发和验证，无需在已有的运行电网中进行实验和验证，从而大幅缩短了对智能电网系统的前期开发周期，降低了研发成本，提高了研发效率。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0005]一种智能电网模拟实验平台，其特点是，该实验平台包含:
[0006]模拟微电网单元，所述模拟微电网单元的输出端与外部大电网连接；
[0007]第一功率开关，所述第一功率开关的第二控制端与所述模拟微电网模块的微网交流母线输入端连接；
[0008]第二功率开关，所述第二功率开关的第一控制端与所述第一功率开关的第一控制端连接；
[0009]被测微电网，所述被测微电网通过微网交流母线与所述第二功率开关的第二控制端连接；
[0010]第一变压器，所述第一变压器的一端分别与所述第一功率开关的第三控制端、所述第二功率开关的第三控制端连接，该第一变压器的另一端与外部大电网连接。
[0011]优选地，所述模拟微电网单元包含:
[0012]逆变模块，所述逆变模块的输出端与外部大电网连接；
[0013]多个逆变器，每个所述逆变器的直流输出端与所述逆变模块的直流输入端分别连入直流母线；
[0014]多个阻抗模拟器，每个所述阻抗模拟器的输入端与微网交流母线连接，每个所述阻抗模拟器的输出端与对应的所述逆变器的交流输入端连接；
[0015]负载模块，与微网交流母线连接。
[0016]优选地，所述逆变模块包含:
[0017]接触器组件，所述接触器组件一端与大电网的交流母线连接，
[0018]Δ/Υ电压电路，所述Λ/Υ电压电路的Y侧输出端与接触器组件的另一端连接；
[0019]一对电压检测部件，其中一个所述电压检测部件设置在所述接触器组件与所述Δ/Υ电压电路的Y侧输出端之间；
[0020]LC滤波电路，所述LC滤波电路的电感输出端、电容输入端分别与所述Λ /Y电压电路的△侧输入端连接；另一个所述电压检测部件设置在所述LC滤波电路的电感输入端、电容输入端之间；
[0021]功率电路，输出端与所述LC滤波电路的电感输入端连接，该功率电路的输入端分别与多个所述逆变器的直流输出端连接；
[0022]处理模块，所述处理模块分别与所述功率电路、LC滤波电路、Δ/Υ电压电路、一对电压检测部件及接触器组件连接。
[0023]优选地，所述功率电路包含:检测电容、多对功率开关管；
[0024]每对所述功率开关管之间串联连接，所述多对功率开关管、检测电容并联连接；该功率电路的输入端与多个所述逆变器直流输出端。
[0025]优选地，所述处理模块包含:
[0026]检测电路输入端分别与功率电路的输入端、LC滤波电路的电容输出端、一对电压检测部件的输出端及Λ/Υ电压电路的Y侧输出端连接；
[0027]驱动电路，所述驱动电路的输出端分别与多个所述功率开关管连接；
[0028]控制处理电路，分别与所述检测电路、驱动电路及接触器组件连接。
[0029]所述控制处理电路内设有脉宽调制输出端、数字输出端及采样/保护输入端；所述驱动电路的输入端与所述脉宽调制输出端连接，所述检测电路的输出端与所述采样/保护输入端连接，所述接触器组件与所述数字输出端连接。
[0030]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0031]本实用新型提供的一种智能电网模拟实验平台，建立了多逆变器微电网平台，可以直接用于对智能电网中的被测微电网进行独立的开发及验证，无需采用已有运行的电网进行实验和验证，从而缩短了对智能电网系统的前期开发周期，降低开发成本，提高了开发效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型一种智能电网模拟实验平台的整体结构示意图。
[0033]图2为本实用新型一种智能电网模拟实验平台的模拟微电网单元结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。
[0035]如图1所示，一种智能电网模拟实验平台，该实验平台包含:模拟微电网单元10、第一功率开关20、第二功率开关30、被测微电网40及第一变压器50。
[0036]模拟微电网单元10的输出端与外部大电网连接；第一功率开关20的第二控制端与模拟微电网模块10的微网交流母线输入端连接；第二功率开关30的第一控制端与第一功率开关20的第一控制端连接；被测微电网40通过微网交流母线与第二功率开关30的第二控制端连接；第一变压器50的一端分别与第一功率开关20的第三控制端、第二功率开关30的第三控制端连接，该第一变压器50的另一端与外部大电网连接。
[0037]在实际使用中被测微电网40为实际待测微电网，本实用新型提供的智能电网模拟实验平台用于验证被测微电网40的运行特性，并根据该智能电网模拟实验平台调节被测微电网40的各项参数。
[0038]如图1所示，模拟微电网单元10包含:逆变模块11、多个逆变器12、多个阻抗模拟器13及负载模块14。
[0039]逆变模块11的输出端与外部大电网连接；每个逆变器12的直流输出端与逆变模块11的直流输入端分别连入直流母线；每个阻抗模拟器13的输入端与微网交流母线连接，每个所述阻抗模拟器13的输出端与对应的所述逆变器12的交流输入端连接；负载模块14与微网交流母线连接。
[0040]本实施例中，采用电缆阻抗模拟器ACLT-4050W作为阻抗模拟器13。多个逆变器12用于模拟实际工作中风能、太阳能等功率波动。负载模块14为可变负载，用于模拟实际工作中的负荷波动。在实际测试过程中，为了实现多个逆变器12的能量闭环流动，多个逆变器12共用直流母线，使得模拟微电网单元10形成电封闭系统。
[0041]如图2所示，逆变模块11包含:接触器组件111、Λ/Y电压电路113、一对电压检测部件112、LC滤波电路114、功率电路115及处理模块116。
[0042]接触器组件111 一端与大电网的交流母线连接；Λ/Υ电压电路113的Y侧输出端与接触器组件111的另一端连接；其中一个电压检测部件112设置在接触器组件111与Λ /Y电压电路113的Y侧输出端之间；LC滤波电路14的电感输出端、电容输入端分别与Λ/Y电压电路113的Λ侧输入端连接；另一个电压检测部件112设置在LC滤波电路114的电感输入端、电容输入端之间；功率电路115的输出端与LC滤波电路114的电感输入端连接，该功率电路115的输入端分别与多个逆变器12的直流输出端连接；处理模块116分别与功率电路115、LC滤波电路114、Δ/Υ电压电路113、一对电压检测部件112及接触器组件111连接。
[0043]本实施例中，Δ/Υ电压电路113用于检测模拟微电网单元10的运行参数，LC滤波电路114用于滤除逆变模块11中信号的谐波。
[0044]如图2所示，功率电路115包含:检测电容1152、多对功率开关管1151 ;每对功率开关管1151之间串联连接，多对功率开关管1151、检测电容1152并联连接；该功率电路115的输入端与多个逆变器12直流输出端。
[0045]本实施例中，采用IGBT功率开关作为功率开关管1151。
[0046]处理模块116包含:检测电路1161、驱动电路1162及控制处理电路1163。
[0047]检测电路1161输入端分别与功率电路115的输入端、LC滤波电路114的电容输出端、一对电压检测部件112的输出端及Λ/Y电压电路15的Y侧输出端连接。驱动电路1162的输出端分别与多个所述功率开关管连接；控制处理电路1163分别与检测电路1161、驱动电路1162及接触器组件111连接。
[0048]控制处理电路1163内设有脉宽调制输出端、数字输出端及采样/保护输入端；驱动电路1162的输入端与脉宽调制输出端连接，检测电路1161的输出端与采样/保护输入端连接，接触器组件111与数字输出端连接。
[0049]本实施例中，控制处理电路1163采用型号为TMS320F28335的DSP主控芯片。在实际工作中，该控制处理电路1163具有采样保护功能，能够接收检测电路1161中来自功率电路115的输入端、LC滤波电路114的电容输出端、一对电压检测部件112的输出端及Λ/Y电压电路15的Y侧输出端的信号,进行上述信号的米样处理。驱动电路1162与控制处理电路1163的脉宽调制(Pulse Width Modulat1n，简称PWM)输出端连接，接触器组件111与控制处理电路1163的数字输出端连接。
[0050]本实施例中，接触器组件111包含主接触器K1、辅助接触器K2。模拟微电网单元1中功率电路115的交流输出经过LC滤波电路114、Λ /Y电压电路15后经接触器组件111的主接触器Kl并入外部大电网的交流母线。为了减少并网的冲击，在并网时刻，辅助接触器Κ2还串入电阻放置电压偏差造成的过流冲击。采用型号为CJ12B-S的接触器作为主接触器Κ1、辅助接触器Κ2。
[0051]本实用新型提供的一种智能电网模拟实验平台，具体工作原理如下:
[0052]如图1所示，在实际工作中，模拟微电网单元10通过第一功率开关20与外部大电网连接，既可以独立运行，也可以并网运行。被测微电网40通过第二功率开关30与外部大电网连接。当第一功率开关20、第二功率开关30均连接B、C节点时，模拟微电网单元10、被测微电网40均与外部大电网连接，使得被测微电网40工作在并网模式下；并网模式中，模拟微电网单元10、被测微电网40相连接组成一整体的电网，保证模拟微电网单元10、被测微电网40运行的稳定性的同时还能为大电网输出一定的富余电能供给，提高抗击电网负荷冲击的能力。当第一功率开关20、第二功率开关30均连接Α、Β节点时，模拟微电网单元10、被测微电网40成为互联微电网；互联微电网工作模式时,模拟微电网单元10、被测微电网40相互之间连接成一个小型的互联电网，但不与大电网连接，在增加供电稳定性的同时不会对大电网造成污染。当第一功率开关20、第二功率开关30均断开时，模拟微电网单元10、被测微电网40分别成为独立微电网状态，在电网发生故障时，通过切除微电网与大电网的联系，可以减少故障对各自电网的影响，此时各个微电网独自形成一个供电网络，不与外界电网发生联系。
[0053]被测微电网40在上述三种工作模式中通过一种智能电网模拟实验平台的验证各项性能参数，根据需要进行调节其参数，使得被测微电网40在实际工作前能够实现性能参数的实验及验证。
[0054]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种智能电网模拟实验平台，其特征在于，该实验平台包含: 模拟微电网单元(10)，所述模拟微电网单元(10)的输出端与外部大电网连接； 第一功率开关(20)，所述第一功率开关(20)的第二控制端与所述模拟微电网模块(10)的微网交流母线输入端连接； 第二功率开关(30)，所述第二功率开关(30)的第一控制端与所述第一功率开关(20)的第一控制端连接； 被测微电网(40)，所述被测微电网(40)通过微网交流母线与所述第二功率开关(30)的第二控制端连接； 第一变压器(50)，所述第一变压器(50)的一端分别与所述第一功率开关(20)的第三控制端、所述第二功率开关(30)的第三控制端连接，该第一变压器(50)的另一端与外部大电网连接。
2.如权利要求1所述的智能电网模拟实验平台，其特征在于，所述模拟微电网单元(10)包含: 逆变模块(11)，所述逆变模块(11)的输出端与外部大电网连接； 多个逆变器(12)，每个所述逆变器(12)的直流输出端与所述逆变模块(11)的直流输入端分别连入直流母线； 多个阻抗模拟器(13)，每个所述阻抗模拟器(13)的输入端与微网交流母线连接，每个所述阻抗模拟器(13)的输出端与对应的所述逆变器(12)的交流输入端连接； 负载模块(14)，与微网交流母线连接。
3.如权利要求2所述的智能电网模拟实验平台，其特征在于，所述逆变模块(11)包含: 接触器组件(111)，所述接触器组件(111) 一端与大电网的交流母线连接； Δ/Υ电压电路(113)，所述Λ/Υ电压电路(113)的Y侧输出端与接触器组件(111)的另一端连接； 一对电压检测部件(112)，其中一个所述电压检测部件(112)设置在所述接触器组件(111)与所述Λ/Y电压电路(113)的Y侧输出端之间； LC滤波电路(114)，所述LC滤波电路(14)的电感输出端、电容输入端分别与所述Λ/Y电压电路(113)的Λ侧输入端连接；另一个所述电压检测部件(112)设置在所述LC滤波电路(I 14)的电感输出端、电容输入端之间； 功率电路(115)，所述功率电路(115)的输出端与所述LC滤波电路(114)的电感输入端连接，该功率电路(115)的输入端分别与多个所述逆变器(12)的直流输出端连接； 处理模块(116)，所述处理模块(116)分别与所述功率电路(115 )、LC滤波电路(114 )、Λ /Y电压电路(113 )、一对电压检测部件(112)及接触器组件(111)连接。
4.如权利要求3所述的智能电网模拟实验平台，其特征在于，所述功率电路(115)包含:检测电容(1152)、多对功率开关管(1151)； 每对所述功率开关管(1151)之间串联连接，所述多对功率开关管(1151)、检测电容(1152)并联连接；该功率电路(115)的输入端与多个所述逆变器(12)直流输出端连接。
5.如权利要求4所述的智能电网模拟实验平台，其特征在于，所述处理模块(116)包含: 检测电路(1161)，所述检测电路(1161)输入端分别与所述功率电路(115)的输入端、LC滤波电路(114)的电容输出端、一对电压检测部件(112)的输出端及Λ/Υ电压电路(113)的Y侧输出端连接； 驱动电路(1162)，所述驱动电路(1162)的输出端分别与多个所述功率开关管(1151)连接； 控制处理电路(1163)，分别与所述检测电路(1161)、驱动电路(1162)及接触器组件(111)连接。
6.如权利要求5所述的智能电网模拟实验平台，其特征在于，所述控制处理电路(1163)内设有脉宽调制输出端、数字输出端及采样/保护输入端； 所述驱动电路(1162)的输入端与所述脉宽调制输出端连接，所述检测电路(1161)的输出端与所述采样/保护输入端连接，所述接触器组件(111)与所述数字输出端连接。
【文档编号】G05B23/02GK204241950SQ201420526266
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】姚刚, 汤天浩, 许晓彦 申请人:上海海事大学